Клеевое соединение

 

Клеевые соединения

Качество соединении деталей из древесины определяется не только качеством клеевых систем, но и составляющими режима склеивания. К этим составляющим относят: состояние склеиваемой древесины, состояние и расход клея, время открытой и закрытой выдержки клея, давление, температура и время прессования и, наконец, время послепрессовой выдержки клееной продукции.

Физические и химические процессы, протекающие на этапе получения клеевого соединения, существенно зависят не только от правильного выбора связующего, но и от того, насколько точно (в соответствии с рекомендациями производителей клеевых систем) будут обеспечены составляющие режима склеивания. 

 

Состояние склеиваемой древесины

Для получения высококачественного клеевого шва важнейшими показателями состояния древесины являются шероховатость поверхности соединяемых деталей, влажность и температура материала. Опыт показывает, что наиболее оптимальной операцией подготовки поверхности древесины к склеиванию является строгание, которое обычно обеспечивает высоту микронеровностей на обработанной поверхности не более 200 мкм. В ряде случаев современное оборудование и инструмент, предназначенные для чистового пиления, гарантируют вполне удовлетворительную чистоту поверхности. По этой причине, а также в связи с тем, что пиление по производительности и энергозатратам является более экономичной операцией, дополнительная обработка поверхности (строгание) на практике часто не применяется.

Слишком   высокая   шероховатость склеиваемых поверхностей (например, после распиловки на обычных лесопильных рамах) приводит к существенному увеличению расхода клея, полу-1 чению слишком толстого клеевого швз, что вызывает недопустимо большую I его усадку и низкую прочность соединения.

Оптимальная влажность древесины  соединяемых деталей зависит  от условий последующей эксплуатации клееной продукции. Для деталей мебели и напольных покрытий (составного паркета и паркетной доски) она составляет 6-8%, для столярно-строительных изделий допустима влажность 12-15%. Значение влажности зависит и от того, какой тип клея будет использоваться в соединении. В этом отношении следует полагаться на рекомендации производителей клея. При сборке многослойных деталей (клееный брус и т. д.), мебельного щита и клееных конструкционных изделий важно соблюдать также еще одно важное условие. Разница во влажности ламелей (реек), соединяемых между собой, не должна превышать 2%, а в некоторых случаях это требование может быть и более жестким (±1%).

Свойства различных пород  древесины влияют не только на выбор клея, но и на составляющие режима склеивания. В частности, некоторые крупнопористые породы требуют нанесения специальных составов для заполнения пор с целью повышения прочности соединения и снижения расхода клея. Для некоторых тропических пород, содержащих маслянистые вещества, применяются специальные составы для их нейтрализации, а также выдержка деталей после обработки перед нанесением клея в течение 24-48 часов.

Температура древесины должна быть равна температуре помещения, при этом минимальной рабочей  температурой в цехах, производящих клееную продукцию, следует считать +15°С. Древесина, хранившаяся в холодном ангаре или на открытом складе, предварительно должна выдерживаться в условиях постоянной плюсовой температуры. Независимо от начальной температуры холодная древесина должна не менее двух недель храниться в отапливаемых помещениях. Древесина прогревается (в естественных условиях) за сутки на ГС на толщину 1 см. Одной из основных причин дефектов процесса склеивания являются температурные колебания заготовок в холодное время года. 

 

Состояние и расход клея

Для получения высококачественного клеевого соединения имеют значение практически все показатели клея, но в технологическом отношении важнейшую роль играет его вязкость. Вязкость и концентрация клея влияют на степень смачивания поверхности древесины и этим самым определяют величину адгезии. От вязкости и концентрации клея зависит скорость его отверждения или желатинизации: чем выше параметры, тем быстрее происходит переход клеевой прослойки в твердое состояние. На величину вязкости и концентрации клея влияет его температура, однако это влияние часто существенно ограничивается условиями обеспечения приемлемой жизнеспособности клея. Удобная для эксплуатации низкая вязкость приводит к излишнему увлажнению древесины и увеличению времени отверждения. Поэтому часто приходится опытным путем искать золотую середину между показателями процесса склеивания.

Расход клея следует считать  оптимальным, если он обеспечивает равномерный клеевой шов минимальной толщины, поскольку установлено, что с уменьшением толщины шва его прочность возрастает. Практически получаемая толщина шва при склеивании ламелей из хвойной древесины составляет 0,01-0,1 мм (в зависимости от качества поверхности деталей, вязкости клея и давления прессования). Расход клея зависит и от выбора способа его нанесения. Здесь имеется в виду одностороннее или двухстороннее нанесение. Иногда (например, для соединения деталей на мини-шип) бывает достаточно одностороннего нанесения. Однако следует иметь в виду, что двухстороннее нанесение предпочтительнее во всех случаях, т. к. сохраняется симметричность клеевого соединения с равновесной структурой и минимальными внутренними напряжениями. Двухстороннее нанесение клея для соединения деталей из древесины твердолиственных пород и лиственницы является обязательным.

Время открытой выдержки клея во многом определяется природой используемого клея. В некоторых случаях (например, для фенолформаль-дегидных смол) она может составлять до 30 минут, а при использовании клея-расплава или дисперсионных клеев следует сокращать ее до минимума.

 

Время закрытой выдержки - это  время от предварительной сборки соединения до достижения полного давления в прессе или вайме. Оно должно быть сведено к минимуму (особенно в горячих прессах) во избежание преждевременного отверждения клея. 

 

Давление, температура и время прессования.

Давление прессования  определяется необходимостью получения равномерного шва минимальной толщины, а также прочностными характеристиками самой древесины. Излишне высокое давление при склеивании деталей из массива древесины не дает более высокого положительного эффекта в отношении прочности соединения. Экспериментально доказано, что достаточным является давление всего в 0,01-0,02 МПа.

Температура склеивания существенно влияет на продолжительность процесса получения клеевого соединения. Однако для деталей из массива древесины в большинстве случаев используется холодное прессование (15-25°С). При этом время отверждения в значительной мере определяется химической природой связующего. В некоторых случаях для сокращения времени отверждения клея применяют нагрев шва токами высокой частоты. При этом следует учитывать, что влажность древесины соединяемых деталей не должна превышать 15%, т. к. при более высокой влажности клеевой шов и древесина будут нагреваться практически одинаково, что приведет к значительному перерасходу энергии и снижению эффекта сокращения времени прессования.

Послепрессовая выдержка клееной продукции необходима для окончательного отверждения клея, выравнивания температуры и влажности по всему объему изделия, а также снятия внутренних напряжений для обеспечения возможности дальнейшей его обработки.

Параметры прессования и  время по-слепрессовой выдержки, как правило, фирмы - производители клея указывают в сопроводительных документах.

В статье были использованы материалы из книги В. Н. Волынского «Технология клееных материалов».

 

 

«ДЕРЕВО.RU»   4/2009

2.Клеевые соединения

Клеевые соединения находят все большее  применение в связи с созданием  высококачественных синтетических  клеев. Наиболее широко применяют клеевые  соединения внахлестку, работающие на сдвиг. Соединения встык для обеспечения  прочности изготавливают по косому срезу («на ус») или с накладками. При необходимости получить особо  прочные соединения, применяю комбинированные  соединения: клеевинтовые, клеезаклепочные, клеесварные.

Основные преимущества и недостатки склеивания

Склеивание - один из наиболее применяемых способов получения неразъемных соединений.

Клеевые соединения имеют ряд преимуществ  по сравнению с заклепочными, сварными, болтовыми и т.п. Это, в первую очередь, возможность соединять самые разнообразные материалы. В ряде случаев это единственный практически приемлемый метод соединения неметаллических материалов между собой и с металлами. В клеевых соединениях более равномерно распределены напряжения, исключены отверстия под болты и заклепки, ослабляющие скрепляемые элементы.

Важным  достоинством соединений на основе синтетических  клеев является их атмосферостойкость, способность противостоять коррозии и гниению. В ряде случаев клеевые соединения обеспечивают герметичность конструкций.

Основной  недостаток большинства клеев заключается  в их низкой теплостойкости. Разработан ряд клеев на основе органических,

элементорганических и неорганических полимеров, которые  могут работать при температурах выше 1000°С, но большинство из них не дает достаточно эластичной клеевой пленки, что пока ограничивает возможность их применения.

Недостатком клеевых соединений является также  их относительно невысокая прочность  при неравномерном отрыве и необходимость  во многих случаях производить нагревание при склеивании.

Общие принципы выбора и применения клеящего материала

Современные клеи в большинстве случаев представляют собой композиции на основе полимерных материалов.

Выбор клея для соединения материалов в  изделии определяется многими условиями. Универсального клея, способного склеить  любые поверхности, нет. Однако имеется  множество самых разнообразных  по свойствам клеев, из которых нужно  выбрать наиболее пригодный.

Прежде  всего необходимо иметь четкое представление о свойствах и химической природе клеев и склеиваемых материалов, чтобы наметить для использования клей или группу клеев.

Одним из первых и, по-видимому, наиболее важным фактором , определяющим выбор клея, является характер и величина напряжения в шве, которое должно выдерживать соединение при эксплуатации.

Другим  не менее важным фактором является интервал температур, при которых  эксплуатируется клеевое соединение. В частности, при повышенных температурах не могут применены клеи на основе термопластов, тогда как термореактивные смолы можно использовать в условиях высоких температур.

Клеевые соединения неметаллических материалов должны иметь прочность, близкую  к прочности склеиваемых материалов. Прочная характеристика клеевых  соединений должны соответствовать  условиям эксплуатации соединения. Основным показателям эксплуатационных свойств клеев является их клеящая способность и долговечность.

Перед применением готового клея в производственных условиях следует проверить его  на соответствие требованиям действующей  технической документации.

Области применения клеев.

Наиболее  крупными потребителями клеевых  материалов являются деревообрабатывающая промышленность, строительство, легкая промышленность, машиностроение, авиационная  промышленность, судостроение и др.

На  долю деревообрабатывающей промышленности приходится почти 75% потребления синтетических  клеев, преимущественно карбамидных и фенольных; в малых, но возрастающих количествах используются поливинилацетатные клеи.

В связи с расширением производства и применением синтетических  строительных материалов значительно  возросло значение клев в строительстве.

Сейчас  в этой отрасли выделилась два  основных направления в использовании  синтетических клеев. Для первого (конструкционное применение) характерно использование высокопрочных клеев, а для второго (крепление отделочных, футеровочных, антикоррозионных, тепло- и звукоизоляционных материалов к строительным конструкциям и технологическому оборудованию) - использование эластичных и высоконаполненных клеев, которые могут соединять неровные толщины, способные воспринимать ударные и вибрационные нагрузки.

В машиностроении широко используются клеевые  соединения материалов в разнообразных  сочетаниях, успешно работающие при  нормальной и повышенных температурах; клеи позволяют повысить прочность конструкций, уменьшить массу изделий и т.д.

В машиностроении применяются клеи, которые  эксплуатируются в силовых соединениях  при температурах до 250-350°С, а некоторые клеевые композиции могут использоваться в конструкциях, кратковременно подвергающихся воздействию температур до 1000°С и выше.

В станкостроении синтетические клеи находят применение при склеивании пластмассовых накладных направляющих с чугунными основаниями станин, резины с металлом, при склеивании режущих инструментов из твердых  сплавов и керамических материалов с металлической оправками и  других соединениях, к которым предъявляются  требования высокой прочности.

В производстве автомобилей синтетические  клеи используются для приклеивания облицовочных, уплотнительных, шумоизоляционных материалов, тормозных накладок, для крепления трафаретов и шаблонов, для изготовления болванок и т.д. Клеи применяются для изготовления кузовов легковых автомобилей из стеклопластиков.

Применяются клеи в устройствах связи, сигнализации и энергоснабжения.

Силовые клеевые соединения металлов применяются  в производстве летательных аппаратов, главным образом для соединения обшивки с ребрами жесткости, стрингерами и другими элементами каркаса крыла и в производстве других силовых и в особенности  сотовых конструкций.

Комбинированные соединения: клеесварные, клеерезьбовые, клееклепанные - значительно улучшают технические характеристики деталей и механизмов, обеспечивают высокую прочность и, в ряде случаев, герметичность конструкций.

Широко  используются в быту. Известны практически  негорючие клеевые композиции для  ремонта белья и одежды, стойкие  к воздействию воды и растворителей  при химчистке и стирке.

Клеи  нашли применение в медицине для  склеивания костей, живых тканей и  других целей.